CN103834863B

CN103834863B - 用共伴生混合稀土制造钕铁硼永磁材料的方法

Info

Publication number: CN103834863B
Application number: CN201410126771.5A
Authority: CN
Inventors: 张雪峰; 马强; 李永峰; 刘艳丽; 史孟飞
Original assignee: Inner Mongolia University of Science and Technology
Current assignee: Inner Mongolia University of Science and Technology
Priority date: 2014-03-31
Filing date: 2014-03-31
Publication date: 2015-11-11
Anticipated expiration: 2034-03-31
Also published as: CN103834863A

Abstract

本发明涉及用白云鄂博共伴生混合稀土制备稀土永磁材料的方法及所制备的永磁材料，属于稀土永磁材料制备领域。特点是：原料是白云鄂博矿共伴生混合稀土，采用双合金工艺将MM（混合稀土）FeB制成主合金，辅合金为PrNd、NdCu、AlCu等，将主合金与辅合金混粉烧结成磁体。本发明制备的永磁材料与钕铁硼永磁材料磁性能相当，但原材料采用共伴生混合稀土，磁体成本可降低30%以上，减化了部分稀土萃取分离步骤，提高了髙丰度稀土元素资源利用率，减少污染。

Description

用共伴生混合稀土制造钕铁硼永磁材料的方法

技术领域

本发明涉及共伴生混合稀土制造永磁材料的方法，属于稀土永磁材料制备领域。

背景技术

21世纪科技发展的主要方向之一就是新材料的研制和应用，其中稀土永磁材料就占据39%的份额并已广泛应用到航空航天技术、计算机设备、磁选机、通讯设备、医疗设备、电动自行车、电子玩具等各个领域。我国的NdFeB磁性材料生产占全世界的80%，制备NdFeB主要原材料镨钕合金主要来自于白云鄂博矿，该稀土矿的轻稀土元素具有丰度高、共伴生等特点，镨钕合金是从原生矿混合稀土中提炼出来的，其中La、Ce的丰度值最高，占据稀土总量的80%左右，在Pr、Nd金属提炼的同时，这些金属也同时被提炼，产量很高，然而其价格却远低于Pr、Nd等金属，镨钕合金的大量应用导致镧、铈等金属的大量积压，污染环境。混合稀土中的La、Ce元素所形成的化合物Ce₂Fe₁₄B、La₂Fe₁₄B一样具有高饱和磁化强度、各向异性场，采用稀土元素La、Ce、Pr、Nd的混合稀土金属(MM)协同利用来制造烧结MM-Fe-B系永磁材料，不仅可降低Re-Fe-B系烧结永磁材料的成本,还可提高髙丰度稀土元素资源利用率,这具有重要的实际意义。

发明内容

本发明的内容是提供一种利用共伴生混合稀土制造永磁材料的方法。本发明制备的永磁材料与钕铁硼永磁材料磁性能相当，磁体成本可降低30%以上，减化了部分稀土萃取分离步骤，提高了髙丰度稀土元素资源利用率，减少了环境污染。

技术解决方案：本发明提供一种混合稀土永磁材料，由主合金和辅合金混合制备而成，其中

主合金组成按重量百分比计为：MM：26-39%，Fe：60—68%，B：0.5—2%和Al：0.1—1.5%；

辅合金组成按重量百分比计为：PrNd：0.1—4%、NdCu：0.1—4%和AlCu：0.1—2%；

其中，MM为混合稀土，包括以混合稀土为重量100%计重量含量为5%~50%的PrNd、重量含量为5%~45%的La和重量含量为20%~50%的Ce。

优选的是，所述混合稀土包括白云鄂博共伴生混合稀土。

一种由混合稀土制造永磁材料的方法，步骤如下：

（1）配料：配备按重量百分比计为：MM：26-39%，Fe：60—68%，B：0.5—2%和Al：0.1—1.5%的主合金原料，配备按重量百分比计为：PrNd：0.1—4%、NdCu：0.1—4%和AlCu：0.1—2%的辅合金原料；其中，MM为混合稀土，包括以混合稀土为重量100%计重量含量为5%~50%的PrNd、重量含量为5%~45%的La和重量含量为20%~50%的Ce；

（2）原料的表面处理：把准备好的原料用机械的方法或化学方法将表面的氧化物除去；

（3）冶炼：将主合金经速凝工艺制备成速凝片，轮转速度是1—3m/s，厚度为0.01-2mm，控制其结晶状态是柱状晶；

（4）制粉：采用氢爆加高压氮气气流磨，把主合金速凝片合金磨成粒径为3—5μm的颗粒，把辅合金原料PrNd、NdCu和AlCu经氢爆、气流磨、高能球磨，磨制成粒径为10-500nm的颗粒；

（5）压型：将主合金粉末与辅合金粉末混合，制成的粉末在磁场中压制成型，；

（6）结烧：在氩气中进行，先将温度升到1050—1150℃、保温80分钟，温度降到常温后，再将温度升到870—950℃、保温80分钟，温度降到常温，然后将温度升到580—660℃、保温30分钟，再将温度降到常温、出炉。

（7）测量磁性能：烧结后的磁体加工成φ10×10mm圆柱形样品，在磁性能测量仪上进行磁性能测量。

优选的是，所述混合稀土包括白云鄂博共伴生混合稀土。

优选的是，烧结步骤后还包括强磁场热处理的步骤，强磁场热处理的最佳回火温度为600℃，最佳回火保温时间为1小时，磁感应强度为8T。

优选的是，所述压制成型包括将粉末压制成圆柱形或方块形。

优选的是，压制成型时，压强大于5T/cm²，磁场H大于10000奥斯特，所述磁场包括四种取向方法：平行钢模压、垂直钢模压、平行钢模压且等静压、及垂直钢模压且等静压。

本发明采用La、Ce丰度值较高的白云鄂博共伴生混合稀土作为主合金中的稀土组分制备永磁材料，显著降低了永磁材料的制备成本。在作为晶界相的辅合金成分设计中，选用Pr、Nd等稀土元素包围主相晶粒实现磁硬化，与Dy、Tb高价稀缺稀土元素相比，进一步降低了原料成本，节约了宝贵的稀土资源。主、辅合金的成分对应于主相和晶界相，本发明通过优化主、辅合金原料组成，控制主、辅合金的添加比例，实现了对烧结磁体显微结构的控制，从而保证了在使用La、Ce丰度值较高的白云鄂博共伴生混合稀土作为主合金稀土元素的同时，仍然能够获得较高的综合磁性能，尤其是具有较高的内禀矫顽力。

此外，本发明通过在烧结步骤后的强磁场热处理工艺，显著改善了磁体的显微组织。通过高倍金相照片和扫描电镜对烧结永磁体的显微组织的分析发现，第三类、第四类边界增多，晶界相分布更为均匀，晶界相更好地隔离主相，晶界更加清晰、平直、光滑，从而显著提高了烧结永磁体的内禀矫顽力。

本发明的有益效果是：

（1）采用共伴生混合稀土制备永磁材料，磁体成本可降低30%以上。

（2）采用优化的主、辅合金原料组成、添加比例，可明显改善烧结磁体的显微结构，显著提高了共伴生混合稀土磁体的综合磁性能及矫顽力。

（3）采用双合金磁场热处理工艺可显著提高共伴生混合稀土磁体的矫顽力。

（4）减化了部分稀土萃取分离步骤，提高了髙丰度稀土元素资源利用率，减少污染，符合国家环保政策。

附图说明

图1为本发明稀土永磁材料的烧结工艺曲线。

具体实施方法

实施例1

（1）原料是白云鄂博矿共伴生混合稀土，其成分为La:25.87%，Ce:53.56%，Pr:6.59%，Nd:13.98%，配置主合金组成（按重量百分比）：MM：33%，Fe：64.95%，B：1.05%，Al：1%，辅合金为PrNd：0.2%、NdCu：0.2%、AlCu：0.1%。

（2）原料的表面处理：把准备好的废料及金属材料用机械的方法或化学方法将表面的氧化物除去。

（3）冶炼：将主合金MMFeB经速凝工艺制备成速凝片，轮转速度大约是1—3m/s，厚度为0.01-2mm，控制其结晶状态是柱状晶。

（4）制粉：采用氢爆加高压氮气气流磨，把主合金速凝片合金磨成3—5μm较均匀的颗粒，把辅合金PrNd、NdCu、AlCu等经氢爆、气流磨、高能球磨，磨制成10-500nm。

（5）压型：将主合金与辅合金混粉，制成的粉末在磁场中压成一定的形状（例如圆柱或方块依设计的模具定），压强5T/cm²,磁场H>10000奥斯特。磁场有四种取向方法：平行钢模压、垂直钢模压、平行钢模压+等静压、垂直钢模压+等静压。

（6）结烧：在氩气中进行，先将温度升到1080℃、保温80分钟、温度降到常温再将温度升到900℃、保温80分钟、温度降到常温然后将温度升到600℃、保温30分钟再将温度降到常温、出炉。

（7）强磁场热处理：在氩气中进行，回火温度为600℃，回火保温时间为1小时，磁感应强度为8T。

（8）磁性能测量：出炉后的样品（产品），在无心磨床上磨成ф10×10mm的标准样品，充磁（充磁场H=50000Oe）在磁性测量仪上测量磁性。其磁性能如下：

（BH）max：335KJ/m³，Hcj=1755KA/m。

Claims

1.一种混合稀土永磁材料，其特征在于，由主合金和辅合金混合制备而成，其中，

所述主合金组成按重量百分比计为：

MM：26-39%、Fe：60—68%、B：0.5—2%和Al：0.1—1.5%；

所述辅合金组成按重量百分比计为：PrNd：0.1—4%、NdCu：0.1—4%和AlCu：0.1—2%；

其中，MM为混合稀土，包括以混合稀土为重量100%计，重量含量为5%~50%的PrNd、重量含量为5%~45%的La和重量含量为20%~50%的Ce；

所述混合稀土为白云鄂博共伴生混合稀土。

2.一种由混合稀土制造永磁材料的方法，其特征在于，步骤如下：

（1）配料：配备按重量百分比计为：MM：26-39%，Fe：60—68%，B：0.5—2%和Al：0.1—1.5%的主合金原料，配备按重量百分比计为：PrNd：0.1—4%、NdCu：0.1—4%和AlCu：0.1—2%的辅合金原料；其中，MM为混合稀土，包括以混合稀土为重量100%计，重量含量为5%~50%的PrNd、重量含量为5%~45%的La和重量含量为20%~50%的Ce；所述混合稀土为白云鄂博共伴生混合稀土；

（5）压型：将主合金粉末与辅合金粉末混合，制成的粉末在磁场中压制成型；

（6）烧结：在氩气中进行，先将温度升到1050—1150℃、保温80分钟，再降温，待温度降到常温后，再将温度升到870—950℃、保温80分钟，温度降到常温，然后将温度升到580—660℃、保温30分钟，再将温度降到常温、出炉。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述压制成型包括将粉末压制成圆柱形或方块形。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，压制成型时，压强大于5T/cm²，磁场H大于10000奥斯特，所述磁场取向方法选自以下任意一种：平行钢模压、垂直钢模压、平行钢模压且等静压、或垂直钢模压且等静压。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，烧结步骤后还包括强磁场热处理的步骤，强磁场热处理的最佳回火温度为600℃，最佳回火保温时间为1小时，磁感应强度为8T。